(57)【要約】【課題】  光ファイバや光素子との光結合を簡易に低コストで、生産性や歩留まりもよく、しかも高精度で行える光導波路及びその製造方法、並びにそれを用いた光導波路装置及び光結合装置を提供すること。【解決手段】  光導波路１０では、例えばシリコン基板１の上に、下部クラッド２と導光路であるコア３を順次形成し、その上に連接して上部クラッド５を形成する。そして下部クラッド２の表面は、一部でコア３との接合面７を形成する一方、それと同一平面上の他の部分で上部クラッド５に被覆されていない露出面６を形成させる。この構造によれば、光導波路の厚さ（高さ）方向におけるコア３の位置を光導波路の側面から直接観察することはできないものの、厚さ（高さ）方向におけるコア３の位置は、露出面６を通じて間接的に検出することができ、露出面６を基準面としてコア３と他の光素子との位置合わせを行うことができる。【選択図】          図１
2005326602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光路であるコアが第１クラッド部に接合すると共に、前記第１クラッド部に連接された第２クラッド部によって被覆されてなる光導波路であって、
前記コアと前記第１クラッド部との接合面と同一面上において、前記第１クラッド部  又は前記第２クラッド部が露出し、この露出面が支持体への光導波路の位置固定時の基  準面となっている、
光導波路。
【請求項２】
前記第１クラッド部と前記第２クラッド部とが互いに接合した複数のクラッドからなり、これらのクラッドの接合面が、前記第１クラッド部に対する前記コアの接合面と同一平面上に存在する、請求項１に記載した光導波路。
【請求項３】
前記コアと前記第１クラッド部と前記第２クラッド部と複数の前記クラッドとのうち、少なくとも１つが高分子材料からなる、請求項１に記載した光導波路。
【請求項４】
感光性の高分子材料からなるクラッド材のパターニングによって、前記露出面と前記第２クラッド部又は前記第１クラッド部とが形成されている、請求項３に記載した光導波路。
【請求項５】
請求項１に記載した光導波路と、この光導波路の前記露出面を接触させて前記光導波路を位置固定する支持体とを有し、前記支持体の垂直な方向における前記コアの位置決めが行われる構成を含む、光導波路装置。
【請求項６】
前記支持体の光導波路位置固定面が平坦面をなしている、請求項５に記載した光導波路装置。
【請求項７】
前記支持体の前記光導波路位置固定面側に前記光導波路に沿う溝が形成され、前記光導波路の前記露出面から突出した突出部分が前記溝内に収容されている、請求項５に記載した光導波路装置。
【請求項８】
前記溝を形成する互いに対向した両側壁面の間隔が前記光導波路位置固定面に向かって拡大されるように、前記両側壁面が互いに逆方向に傾斜している、請求項７に記載した光導波路装置。
【請求項９】
前記溝の断面がＶ字形である、請求項８に記載した光導波路装置。
【請求項１０】
前記光導波路の前記突出部分が前記Ｖ字形の溝の傾斜面に接触することによって、前記溝の幅方向における前記コアの位置決めが行われている、請求項９に記載した光導波路装置。
【請求項１１】
前記溝の断面が矩形である、請求項６に記載した光導波路装置。
【請求項１２】
前記光導波路の前記突出部分が前記矩形の溝の側壁面に接触することによって、前記溝の幅方向における前記コアの位置決めが行われている、請求項１１に記載した光導波路装置。
【請求項１３】
請求項１に記載した光導波路と他の光部品とが光結合するように位置合わせされた光結合装置であって、前記露出面が支持体に接触するように前記光導波路が位置固定され、前記コアと前記他の光部品との位置合わせが前記支持体の光導波路位置固定面を基準面として行われている、光結合装置。
【請求項１４】
前記支持体の光導波路位置固定面が平坦面をなしている、請求項１３に記載した光結合装置。
【請求項１５】
前記支持体の前記光導波路位置固定面側に前記光導波路に沿う溝が形成され、前記光導波路の前記露出面から突出した突出部分が前記溝内に収容されている、請求項１３に記載した光結合装置。
【請求項１６】
前記溝を形成する互いに対向した両側壁面の間隔が前記光導波路位置固定面に向かって拡大されるように、前記両側壁面が互いに逆方向に傾斜している、請求項１５に記載した光結合装置。
【請求項１７】
前記溝の断面がＶ字形である、請求項１６に記載した光結合装置。
【請求項１８】
前記光導波路の前記突出部分が前記Ｖ字形の溝の傾斜面に接触することによって、前記溝の幅方向における前記コアの位置決めが行われている、請求項１７に記載した光結合装置。
【請求項１９】
前記Ｖ字形の溝に挿入されてこの溝の傾斜面に接触することによって調芯された光ファイバが、前記コアに対接又は対向して配置され、前記光ファイバ及び前記光導波路の各コアの光路が一致するように位置合わせされている、請求項１８に記載した光結合装置。
【請求項２０】
前記溝の断面が矩形である、請求項１５に記載した光結合装置。
【請求項２１】
前記光導波路の前記突出部分が前記矩形の溝の側壁面に接触することによって、前記溝の幅方向における前記コアの位置決めが行われている、請求項２０に記載した光結合装置。
【請求項２２】
前記他の光部品が、光ファイバ、発光素子、受光素子、又は平面光導波路である、請求項１３に記載した光結合装置。
【請求項２３】
請求項１に記載した光導波路の製造方法であって、基体上に前記第１クラッド部を形成する工程と、この第１クラッド部上に前記コアを所定パターンに接合する工程と、前記コアを被覆するように前記第１クラッド部に連接してクラッド材を被着する工程と、前記クラッド材をパターニングして前記第２クラッド部を形成すると共に、前記第１クラッド部に前記露出面を形成する工程とを行う、光導波路の製造方法。
【請求項２４】
前記コアと前記第１クラッドと前記第２クラッドとのうち、少なくとも１つを高分子材料を用いて形成する、請求項２３に記載した光導波路の製造方法。
【請求項２５】
感光性の前記高分子材料の露光及び現像処理によって、前記第２クラッド層又は前記第１クラッド層を形成する、請求項２４に記載した光導波路の製造方法。
【請求項２６】
請求項１に記載した光導波路の製造方法であって、基体上に前記コアを所定パターンに形成する工程と、前記コアの底面及び側面を被覆するように基体上に前記第２クラッド部を形成する工程と、前記第２クラッド部で被覆されていない前記コアの面を含む前記第２クラッド部上に、前記第２クラッド部に連接してクラッド材を被着する工程と、前記クラッド材をパターニングして前記第１クラッド部を形成すると共に、前記第２クラッド部に前記露出面を形成する工程とを行う、光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光配線システムにおいて光導波路と他の光部品（発光素子、受光素子、光ファイバ、或いは光導波路など）との位置合わせを行い、光路を接続するための光導波路及びその製造方法、光導波路装置、並びに光結合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上されるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。
【０００３】
こうした問題を解決する光配線（光インターコネクション）が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
【０００４】
このような光配線システムにおいて、光導波路と他の光部品（発光素子、受光素子、光ファイバ、或いは光導波路など）との位置合わせを行い、光路を接続する光結合装置が不可欠である。この際、光導波路と他の光部品との間で入出力される光の接続損失が許容範囲に収まるように、両者の相対的な位置精度を良好に保つ必要がある。なお、以下、本明細書において、発光素子および受光素子を区別しない場合に、これらを光素子と呼ぶことがある。
【０００５】
位置合わせの方法としては、信号光の強さを実際に観察しながら位置合わせを行うアクティブアライメント法や、基板などに設けた位置合わせマーカを顕微鏡で観察しながら行う方法などがあるが、これらの方法は手間がかかり、光配線システムをコスト高にする原因の１つである。従って、嵌め合わせや突き当てなどの、外形に基づくセルフアレンジメントによって、生産性よく、低コストで位置合わせする方法が望まれている。
【０００６】
従来、光導波路と光ファイバをセルフアレンジメントで光結合する方法としては、特許文献１に開示されているように、ガイドピンとガイド孔との嵌め合わせによって、光導波路と光ファイバの各コアの光路が一致するように位置合わせを行う方法がある。
【０００７】
図８は、特許文献１に開示されている、光導波路デバイスを光ファイバに着脱自在に接続する接続構造の構成を示す、接続前の断面図（ａ）と平面図（ｂ）、および接続時の断面図（ｃ）である。
【０００８】
この例では、光導波路デバイス１０１にＹ分岐型の光導波路が形成され、その入力側および出力側の各接続端面にテーパー状のガイド孔（図示せず）が形成されている。収納体１０４は、光導波路デバイス１０１を収容する凹部を有し、その凹部の一方に光コネクタ１０７が設けられている。光コネクタ１０７は、複数本の光ファイバ１０２と２本のガイドピン１１１とを調芯して所定間隔で整列させるＶ溝を有する光ファイバ整列用基板１０５と、整列された光ファイバ１０２やガイドピン１１１を固定する光ファイバ押さえ用基板１０６とからなる。
【０００９】
収納体１０４の、光コネクタ１０７が配置されている側の側壁には光ファイバ１０２の挿通孔が形成されると共に、この側壁と光コネクタ１０７との間に２本のコイル状のバネ１０９が配置されている。バネ１０９は、凹部に収容された光導波路デバイス１０１に対し、光コネクタ１０７とガイドピン１１１とを押しつける働きをする。収納体１０４のもう一方の側壁には、１本の光ファイバ１０３と２本のガイドピン１１２を調芯して整列配置するＶ溝と、これらを接着固定する光ファイバ固定用基板１１０が設けられている。
【００１０】
図８（ｃ）に示すように、光導波路デバイス１０１を光ファイバ１０２と１０３に接続した状態では、ガイドピン１１１と１１２とが光導波路デバイス１０１のテーパー状のガイド孔に挿入され、ガイドピンとガイド孔との嵌め合わせによって、光導波路と光ファイバの各コアの光路が一致するように位置合わせが行われる。
【００１１】
また、特許文献２に開示されているように、断面がＶ字形の案内孔および案内溝を光導波路のコア位置に合わせて形成し、光ファイバを案内溝から案内孔に導き、傾斜した壁面との接触によって調芯して、光導波路と光ファイバの各コアの光路が一致するように位置合わせする方法がある。
【００１２】
図９は、特許文献２に開示されている、光ファイバに接続する光モジュールの構造を示す正面図（ａ）と断面図（ｂ）とである。
【００１３】
光モジュール１２０は、波長多重信号を波長分離したり、光強度を検出したりする機能を有する光導波路装置である。図９（ａ）はその光モジュール１２０を構成する光導波路１２２の入力側または出力側の端面１２１付近の構造を示す正面図であり、図９（ｂ）は、正面図（ａ）に示したＡ−Ａ線における断面図（ｂ）である。光導波路１２２の末端が臨む端面１２１には、光ファイバガイド１２３の一端面が接合されている。光ファイバガイド１２３の他の一端側は開口して、光ファイバが挿通される案内孔１２４と、光ファイバを案内孔１２４に導く案内溝１２５とが形成されている。光ファイバガイド１２３は、光導波路コア１２２と案内孔１２４とが一直線上に並ぶように、端面１２２に接合される。この際、光モジュール１２０と光ファイバガイド１２３とは、光モジュール１２０の底面を基準面１２６として高さ方向の位置合わせが行われる。
【００１４】
図１０は、図９（ｂ）と同じ位置において、光モジュールを光ファイバに接続する工程を示す断面図（ａ）〜（ｃ）である。プリント配線板などの基板１４０には、底板１３１と上板１３２とを重ね合わせて形成し、間に光ファイバ１３３を保持した光ファイバ配線板１３０が配置されている。光モジュール１２０と光ファイバ１３３とを接続する際には、まず、光モジュール１２０を所定の位置に固定し、光ファイバ１３３の先端部が案内溝１２５に触れて位置固定された状態（図１０（ｂ）参照。）とする。次に、光ファイバ保持ブロック１３４を光モジュール１２０側に近づけ、光ファイバ１３３の先端部を案内孔１２４内に送り込み、光ファイバ１３３の先端部を光導波路コア１２２の端面に接触させ、わずかに撓んだ光ファイバ１３３の弾力性で光導波路コア１２２と光ファイバ１３３のコアが接続された状態が安定に維持されるようにする（図１０（ｃ）参照。）。
【００１５】
しかしながら、特許文献２のように、コアの周囲がクラッドで完全に被覆されている光導波路（埋め込み型光導波路）を基板面やクラッドの上面を基準として位置合わせした場合、光導波路コアの高さと、光ファイバのコアの高さあるいは光素子の光軸の高さが歩留まりよく一致しないという問題がある。
【００１６】
図１１は、その原因を説明する概略断面図である。その主な原因は、クラッドの厚さのばらつきにある。クラッドの厚さは最低でも１０μｍ、通常は３０μｍ程度である。通常、導波路を形成する際に、５〜１０％程度の厚さ誤差を生ずる。そのためクラッドの厚さが１０μｍ以上であると、クラッドの厚さ誤差は０．５〜１μｍ以上となる。そのため、基板面またはクラッド上面を基準として見たコアの高さも０．５〜１μｍ以上の高さ誤差を生ずる。クラッドの厚さが通常の３０μｍ程度である場合には、その誤差は１．５〜３μｍ程度にもなる。また、基板の下面を基準とする場合には、基板の厚さのばらつきによる誤差がこれに付け加わる。また、クラッド上面を基準とする場合には、光導波路の表面がコアの影響で完全には平坦でないことも誤差の原因になる。
【００１７】
そこで、特許文献３には、コアを形成するする層の高さと、嵌合による位置合わせ手段を形成する層の高さとを同じにして、クラッドの厚さのばらつきによる誤差を無くす方法が提案されている。
【００１８】
図１２は、特許文献３に開示されている光導波路付き基板の断面図の一例である。この例では、基板１５１はクラッドとして用いることが可能な透明体であり、基板１５１の上に直接コア１５２を形成し、その周囲を被覆するようにクラッド１５３を形成している。
【００１９】
そして、図１２（ａ）に示した光導波路付き基板では、基板１５１がクラッド１５３によって被覆されていない領域に、嵌合による位置合わせ手段として突起形成用パターン１５４と低融点金属などからなる嵌合用突起１５５を設けている。この光導波路付き基板は、他の基板上に嵌合用突起１５５と凹凸嵌合する嵌合用凹部を備え、他の光部品が実装された光装置と、凹凸嵌合により光結合を形成して用いられる。この際、コア１５２が形成されている基板１５１の上に突起形成用パターン１５４と嵌合用突起１５５も形成されているので、クラッド１５３の厚さのばらつきに無関係に、光導波路コア１５２と他の光部品との高さ方向の位置合わせが正しく行われる。
【００２０】
また、図１２（ｂ）に示した光導波路付き基板では、基板１５１がクラッド１５３によって被覆されていない領域に、嵌合による位置合わせ手段として嵌合用凹部１５６を設けている。この光導波路付き基板は、他の基板上に嵌合用凹部１５６と凹凸嵌合する嵌合用突起を備え、他の光部品が実装された光装置と、凹凸嵌合により光結合を形成して用いられる。この際、コア１５２が形成されている基板１５１の上に嵌合用凹部１５６も形成されているので、クラッド１５３の厚さのばらつきに無関係に、光導波路コア１５２と他の光部品との高さ方向の位置合わせが正しく行われる。
【００２１】
【特許文献１】特許第３４８１６６２号公報（第３頁、図２）
【特許文献２】特開２００２−１２２７５１号公報（第６頁、図２、３及び５−７）
【特許文献３】特開２０００−２７５４７２号公報（第６、８、１１及び１２頁、図８及び図２２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
前述したように、コアの周囲がクラッドで完全に被覆されている光導波路を、特許文献２のように外形に基づいて位置合わせをした場合、基板面やクラッドの上部表面を位置合わせの基準面とすると、クラッド形成時の厚さのばらつきによってコアの厚さ方向（高さ方向）の位置を高精度に検出することが困難である。この結果、厚さ方向（高さ方向）の位置合わせ誤差を生じ、光導波路コアの高さと、光ファイバのコアの高さあるいは光素子の光軸の高さが歩留まりよく一致しないという問題が生じる。また、基板の下面を基準とする場合には、基板の厚さのばらつきによる誤差がこれに付け加わる。また、クラッドの上部表面を基準とする場合には、クラッドの表面がコアの影響で完全には平坦でないことも誤差の原因になる。この問題を光導波路作製時の厳密な膜厚制御などによって解決しようとすると、光導波路の生産性が低くなり、歩留まりも悪化する。上部クラッドを省略したエアリッジ型の光導波路も存在するが、これは、光ファイバとの接続損失が大きく、また、露出したコアが汚染物の付着などの影響を受けやすい等の問題がある。
【００２３】
特許文献１のように、ガイドピンとガイド孔との嵌合によって位置合わせを行う方法は、光導波路にガイド孔を設ける加工工程が必要であり、作製工程が増加し、生産性が低下する。また、ガイド孔加工の誤差は、光結合する際の位置合わせの誤差に直結するから、ガイド孔は光導波路コアと精密な位置合わせを行いながら高精度に形成する必要があり、このため、更に生産性が低下し、歩留まりが悪化する原因になる。ガイド孔を形成する際の高さ方向の位置の基準として基板面やクラッドの上部表面を用いる場合には、特許文献２の方法と同様に、光導波路作製時に厳密な膜厚制御が必要になるため、光導波路の生産性が低くなり、歩留まりも悪化する。以上に加えて、ガイドピンと光ファイバのコアとの位置合わせを高精度に行う必要もある。
【００２４】
特許文献３に開示されている方法によれば、クラッドの厚さのばらつきに無関係に、光導波路の厚さ方向（高さ方向）におけるコアの正しい位置を基準に凹凸嵌合手段を形成することができるものの、次のような問題点を有している。
【００２５】
まず、ガイドピンとガイド孔との嵌合と同様、光導波路に凹凸嵌合手段を設ける加工工程が必要であり、作製工程が増加し、生産性が低下する。しかも、１つの凹凸嵌合手段によって三次元方向すべての位置合わせを行うので、点と点を合わせるような位置合わせが必要になり、嵌合手段の凹部と凸部との接合部は狭い領域に限定される。この接合部の誤差は、光結合の際の位置合わせ誤差に直結するので、その加工は高い精度が必要になり、生産性が低下し、歩留まりが悪化し、コスト高になる原因となる。この際、コア位置を示す基準面が存在していることが、接合部の加工誤差の低減に役立つということはない。
【００２６】
更に、実装作業においても、三次元方向すべての位置合わせを一挙に行おうとすると、点と点を合わせるような位置合わせを行うことになり、何らかのガイド機構を利用するとしても、嵌合手段の凹部と凸部とを嵌合するのに先だって微細な位置合わせを行う必要が生じ、実装作業の能率が非常に悪くなる。
【００２７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、光ファイバや光素子との光結合を簡易に低コストで、生産性や歩留まりもよく、しかも高精度で行える光導波路及びその製造方法、並びにそれを用いた光導波路装置及び光結合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
即ち、本発明は、導光路であるコアが第１クラッド部に接合すると共に、前記第１クラッド部に連接された第２クラッド部によって被覆されてなる光導波路であって、前記コアと前記第１クラッド部との接合面と同一面上において、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部が露出し、この露出面が支持体への光導波路の位置固定時の基準面となっている光導波路に係わり、また、前記光導波路と、この光導波路の前記露出面を接触させて前記光導波路を位置固定する支持体とを有し、前記支持体の垂直な方向における前記コアの位置決めが行われる構成を含む光導波路装置に係わり、また、前記光導波路と他の光部品とが光結合するように位置合わせされた光結合装置であって、前記露出面が支持体に接触するように前記光導波路が位置固定され、前記コアと前記他の光部品との位置合わせが前記支持体の光導波路位置固定面を基準面として行われている光結合装置に係わるものである。
【００２９】
更に、前記光導波路の製造方法であって、基体上に前記第１クラッド部を形成する工程と、この第１クラッド部上に前記コアを所定パターンに接合する工程と、前記コアを被覆するように前記第１クラッド部に連接してクラッド材を被着する工程と、前記クラッド材をパターニングして前記第２クラッド部を形成すると共に、前記第１クラッド部に前記露出面を形成する工程とを行う光導波路の製造方法に係わり、また、基体上に前記コアを所定パターンに形成する工程と、前記コアの露出面を被覆するように基体上に前記第２クラッド部を形成する工程と、前記第２クラッド部で被覆されていない前記コアの面を含む前記第２クラッド部上に、前記第２クラッド部に連接してクラッド材を被着する工程と、前記クラッド材をパターニングして前記第１クラッド部を形成すると共に、前記第２クラッド部に前記露出面を形成する工程とを行う光導波路の製造方法に係わるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光導波路によれば、前記コアが前記第１クラッド部及び前記第２クラッド部によって被覆されているものの、前記コアと前記第１クラッド部との接合面と同一面上において、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部が露出しており、しかも前記露出面が前記支持体へ光導波路を位置固定する時の基準面となっている。このため、前記クラッドの厚さの設計値からのずれに無関係に、光導波路の厚さ方向（高さ方向）における前記コアの位置が、前記露出面によって示され、前記露出面の作製精度で確定する。この場合の前記厚さ方向（高さ方向）における前記コアの位置決めは、前記露出面と前記支持体との接触によるから、微細な位置合わせなどは不要であり、その他の嵌合手段なども不要である。したがって、光ファイバや光素子との光結合を、簡易に低コストで、生産性や歩留まりもよく、しかも高精度で行うことができる。また、光導波路作製における許容誤差が大幅に緩和され、生産性を大きく改善することができる。
【００３１】
また、本発明の光導波路装置は、前記光導波路が前記支持体上に前記露出面を接触させて位置固定され、前記支持体に垂直な方向における前記コアの位置決めが行われている。このため、前記支持体に垂直な方向において前記コアを位置決めするための嵌合手段などを設ける必要がなく、光ファイバや光素子との光結合を簡易に低コストで、生産性や歩留まりもよく、しかも高精度で高効率に行うことができる光結合装置を、容易に構成することができる。
【００３２】
また、本発明の光結合装置は、前記光導波路が前記支持体上に前記露出面を接触させて位置固定され、前記支持体の垂直な方向における前記コアと前記他の光部品との位置合わせが、前記支持体の光導波路位置固定面を基準面として行われている。このため、光ファイバや光素子との光結合が前記露出面の作製精度で行われるばかりではなく、前記厚さ方向（高さ方向）において前記コアを位置決めする他の手段を必要としないので、簡易に低コストで、生産性や歩留まりもよく、しかも高精度で高効率な光結合を行うことができる装置である。
【００３３】
本発明の光導波路の製造方法は、本発明の光導波路の製造方法であって、熟成された半導体製造技術を応用しているので、正確に、効率や歩留まり良く、低コストで光導波路を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の光導波路において、前記第１クラッド部と前記第２クラッド部とが互いに接合した複数のクラッドからなり、これらのクラッドの接合面が、前記第１クラッド部に対する前記コアの接合面と同一平面上に存在するのがよい。このようになっていれば、前記コアの位置をより正確に、より容易に検出することができる。
【００３５】
また、前記コアと前記第１クラッド部と前記第２クラッド部のうち、少なくとも１つが高分子材料からなるのがよい。この際、感光性の高分子材料からなるクラッド材のパターニングによって、前記露出面と前記第２クラッド部又は前記第１クラッド部とが形成されているのがよい。光導波路の材料として有機材料系の樹脂を用いることで、従来の石英系光導波路を用いる場合に比べて、光導波路作製プロセスを簡易化できる。例えば、ＵＶ（紫外線）硬化型有機材料を用いると、石英系光導波路のようなＣＶＤ（化学的気相成長法）またはＦＨＤ（Flame Hydrolysis Deposition；火炎堆積法）等による成膜が必要ではなくなり、スピンコート等による成膜や、フォトリソグラフィによるコア加工が可能であり、安価な設備投資と低い製造コストで、前記光導波路を作製することができる。
【００３６】
本発明の光導波路装置および光結合装置において、前記支持体の光導波路位置固定面が平坦面をなしているのがよい。
【００３７】
また、前記支持体の前記光導波路位置固定面側に前記光導波路に沿う溝が形成され、前記光導波路の前記露出面から突出した突出部分が前記溝内に収容されているのがよい。
【００３８】
ここで、前記溝を形成する互いに対向した両側壁面の間隔が前記光導波路位置固定面に向かって拡大されるように、前記両側壁面が互いに逆方向に傾斜しているのがよく、例えば、前記溝の断面がＶ字形であるのがよい。
【００３９】
この際、前記光導波路の前記突出部分が前記Ｖ字形の溝の傾斜面に接触することによって、前記溝の幅方向における前記コアの位置決めが行われているのがよい。そして、前記光結合装置においては、前記Ｖ字形の溝に挿入されてこの溝の傾斜面に接触することによって調芯された光ファイバが、前記コアに対接又は対向して配置され、前記光ファイバ及び前記光導波路の各コアの光路が一致するように位置合わせされているのがよい。このように、前記支持体の前記光導波路位置固定面に垂直な方向以外の二次元方向についても、各一次元方向ごとに突き当てなどで順次位置合わせを行えば、合わせて三次元の位置合わせを行うことができる。この方法によれば、１つの位置合わせ手段では一次元方向の位置合わせのみを行えばよいから、面と面との接触で位置合わせを行うことができるので、細部の精度に関係なく面位置の精度さえ保たれていれば、高い位置合わせ精度を実現でき、実装作業も簡易になる。
【００４０】
或いは、前記溝の断面が矩形であるのもよい。この際、前記光導波路の前記突出部分が前記矩形の溝の側壁面に接触することによって、前記溝の幅方向における前記コアの位置決めが行われているのがよい。この場合も前記Ｖ字形の溝の場合と同様、１つの位置合わせ手段では一次元方向の位置合わせのみを行えばよいから、面と面との接触で位置合わせを行うことができるので、細部の精度に関係なく面位置の精度さえ保たれていれば、高い位置合わせ精度を実現でき、実装作業も簡易になる。
【００４１】
また、前記光結合装置においては、前記他の光部品が、光ファイバ、発光素子、受光素子、又は平面光導波路であるのがよい。
【００４２】
本発明の光導波路の製造方法においては、前述したように、前記コアと前記第１クラッドと前記第２クラッドとのうち、少なくとも１つを高分子材料を用いて形成するのがよい。この際、感光性の前記高分子材料の露光及び現像処理によって、前記第２クラッド層又は前記第１クラッド層を形成するのがよい。
【００４３】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。
【００４４】
実施の形態１
図１は、実施の形態１に基づく光導波路の断面図である。図１（ａ）に示す光導波路１０では、例えばシリコンからなる基板１の上に、前記第１クラッド部である下部クラッド２と前記導光路であるコア３が順次形成され、その下部クラッド２とコア３の上に連接して前記第２クラッド部である上部クラッド５が形成されている。そして下部クラッド２の表面は、一部でコア３との接合面７を形成する一方、それと同一平面上の他の部分で上部クラッド５に被覆されていない露出面６を形成している。この構造によれば、コア３はクラッド２と５によって完全に被覆されているため、光導波路の厚さ（高さ）方向におけるコア３の位置を光導波路の側面から直接観察することはできないものの、接合面７と露出面６とは同一平面上にあるから、厚さ（高さ）方向におけるコア３の位置は、露出面６を通じて間接的に検出することができ、露出面６を基準面としてコア３と他の光素子との位置合わせを行うことができる。
【００４５】
なお、コア３は、クラッッドに比べ屈折率がより高い材料で形成され、例えば、下部クラッド２の厚さは３０μｍ程度、コア３の厚さは４０μｍ程度、コア３の上部から上部クラッド５の表面までの厚さは３０μｍ程度であり、光導波路１０全体の厚さは１００μｍ程度である。
【００４６】
なお、光導波路は、図１（ａ）に示すように単一のコアからなっていても、図１（ｂ）に示すように複数のコアからなっていてもよい。
【００４７】
図２は、実施の形態１に基づく光結合装置の例を示すもので、断面がＶ字形の溝を有し、光導波路１０と光ファイバ１１とを実装する支持体２０の斜視図（ａ）と、光導波路１０と光ファイバ１１を支持体２０上に実装した光結合装置の平面図（ｂ）と、平面図（ｂ）に示した２Ａ−２Ａ線および２Ｂ−２Ｂ線における光結合装置の断面図（ｃ）である。
【００４８】
図２（ａ）に示すように、支持体２０の上面２１は精度よく平坦な表面が形成され、この支持体上面２１に断面がＶ字形の溝２２が高精度に形成されている。支持体上面２１は、前記光導波路位置固定面として用いられる。
【００４９】
図２（ｂ）に示すように、光導波路１０と光ファイバ１１とは、それぞれ、支持体２０の両端側から挿入され、互いに付き当たるところまで近づけて光結合される。
【００５０】
図２（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図に示すように、光導波路１０は、下部クラッド２の露出面６が支持体２０の上面２１に接し密着するように、支持体２０上に実装される。これによって、露出面６と支持体上面２１とが同一面上に置かれ、この面を支持体上面２１に垂直な高さ方向の基準面として用いることができる。この面は下部クラッド２とコア３との接合面７でもあるから、高さ方向におけるコア３の中心位置は、コア３の作製時の厚さの精度の誤差範囲内で確定する。
【００５１】
Ｖ字形の溝２２には、光導波路１０の露出面６から突出した突出部分８、つまりコア３と上部クラッド５がＶ字形の溝２２の中に収容されている。この突出部分８はＶ字形の溝２２の傾斜面２３に接触していても、接触していなくてもよい。
【００５２】
図２（ｃ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図に示すように、突出部分８をＶ字形の溝２２の傾斜面２３にわずかに接触させることによって、溝２２の幅方向におけるコア３の位置決めを行うことができる。同図では、突出部分８が溝２２の両側の傾斜面２３に接触する場合が示されているが、突出部分８が片側の傾斜面２３に接触するのでもよい。突出部分８を傾斜面２３に接触させない場合には、後述するように、溝２２の幅方向におけるコア３の位置決めを行うための手段を別に設ければよい。
【００５３】
図２（ｃ）の２Ａ−２Ａ線断面図に示すように、光ファイバ１１はＶ字形の溝２２の中に落とし込まれ、光ファイバ１１の周壁が溝２２の傾斜面２３に接触することによって、コア１２の位置が調芯される。溝２２の幅方向に関して溝２２も光ファイバ１１も左右対称であるから、光ファイバ１１のコア１２の中心の幅方向における位置は、Ｖ字形の溝２２の幅方向中心線に一致する。光ファイバ１１のコア１２の中心の高さ方向における位置は、光ファイバ１１の外径とＶ字形の溝２２の幅で決まり、光ファイバ１１の外径が大きく、Ｖ字形の溝２２の幅が小さいほど、光ファイバ１１のコア１２の中心の高さは高くなる。従って、光ファイバ１１の外径及び／又はＶ字形の溝２２の幅を調節することで、光ファイバ１１のコア１２の中心の高さを規定して実装することが可能であり、光導波路のコア３の中心の高さに一致させることができる。
【００５４】
また、支持体２０の上面（光導波路位置固定面）２１に垂直な方向以外の二次元方向についても、各一次元方向ごとに突き当てなどで順次位置合わせを行えば、合わせて三次元の位置合わせを行うことができる。この方法によれば、例えば光導波路１０を支持体２０上に位置固定する場合、高さ方向の位置合わせは、光導波路１０を支持体２０の上に突出部分８がＶ字形の溝２２におさまるように置くだけでよく、実装作業は簡易である。しかも、位置固定は露出面６と支持体上面（光導波路位置固定面）２１との広い面同士の突き当たりによって行われるから、面位置の精度さえ保たれていれば、細部の作製精度に関係なく、高い位置合わせ精度を実現できる。同様に、溝２２の幅方向の位置合わせは、光導波路突出部分８側部を溝２２の傾斜面２３に突き当てで接触させるだけで達成され、また、溝２２の長手方向の位置合わせは、光導波路１０の端面と光ファイバ１１の端面との突き当てで達成される。これらの位置固定も広い接触領域を有する突き当たりによって行われるから、上記と同様、細部の作製精度に関係なく、高い位置固定精度を実現でき、実装作業も簡易である。
【００５５】
このように、本実施の形態によれば、Ｖ字形の溝２２を有する支持体２０に光導波路１０と光ファイバ１１とを載置した後、２回の突き当てによる位置合わせを繰り返すだけで、高効率な光結合を達成することができる。
【００５６】
上記の装置は、光導波路１０部分、又は、光ファイバ１１部分を脱着することにより、光コネクタとしても機能する。なお、図２（ｃ）から明らかなように、Ｖ字形の溝２２は、傾斜面２３の上部しか用いられておらず、光導波路１０または光ファイバ１１に接触しない下部の形状は任意に変形していてもかまわない。
【００５７】
図３は、実施の形態１に基づき、屈折率の異なる高分子材料を順次積層し、光導波路１０を作製する工程を示すフロー図である。
【００５８】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板などの基板１の上にスピンコートなどにより高分子有機材料を塗布し、紫外線照射や加熱により硬化させ、下部クラッド層２を形成する。
【００５９】
次に、図３（ｂ）に示ように、下部クラッド２よりも屈折率の高い高分子有機材料を下部クラッド２の上に塗布し、紫外線照射や加熱により硬化させることによりコア３を形成する。コア３の形成の際には、紫外線照射領域をマスクによって制限したり、全面コア層を形成後にフォトレジストによってパターン形成を行い、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）によって不要部分のコア層を取り除いたりして、所望の光回路パターンを有するコア３を形成する。
【００６０】
次に、図３（ｃ）に示すように、下部クラッド２およびコア３の上に、下部２と同じ屈折率を有する感光性クラッド材料を用いて、上部クラッド材からなる層４を形成する。
【００６１】
次に、図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィによるパターン形成と現像処理により、所定のパターンを有する上部クラッド５を形成し、残りの上部クラッド材４を下部クラッド２との境界から除去して、下部クラッド２の露出面６を形成する。この露出面６は、下部クラッド２とコア３の接合面７と同一面上にある。前述したように、コア３の位置合わせには、ここで得られた露出面６を規準にして行う。
【００６２】
上記のように、光導波路の材料として有機材料系の樹脂を用いることで、光導波路作製プロセスを簡易化できる。例えば、ＵＶ硬化型有機材料を用いると、スピンコート等による成膜や、フォトリソグラフィによるコア加工が可能であり、安価な設備投資と低い製造コストで、光導波路を作製することができる。また、光導波路の一部をスタンピングで形成することもできる。このように、熟成された半導体製造技術を応用することによって、正確に、効率や歩留まり良く、低コストで光導波路を製造することができる。
【００６３】
実施の形態２
図４は、実施の形態２に基づく光導波路装置の例を示すもので、断面が矩形の溝を有する支持体３０の断面図（ａ）と、支持体３０の上に実施の形態１で述べた光導波路１０を実装した光導波路装置の断面図（ｂ）とである。
【００６４】
実施の形態１との違いは、断面がＶ字形の溝２２の代わりに、断面が矩形の溝３２を有する支持体３０を用いていることである。この際、コア３と上部クラッド５からなる光導波路１０の突出部分８、つまりコア３と上部クラッド５が矩形の溝３２の側壁面３３に接触することによって、溝３２の幅方向におけるコア３の位置決めが行われるようにするのがよい。この場合もＶ字形の溝２２の場合と同様、１つの位置合わせ手段では一次元方向の位置合わせのみを行えばよいから、面と面との接触で位置合わせを行うことができるので、細部の精度に関係なく面位置の精度さえ保たれていれば、高い位置合わせ精度を実現でき、実装作業も簡易である。
【００６５】
矩形の溝３２を用いる利点は、側壁面３３が支持体上面３１に対し垂直であるため、光導波路１０の突出部分８との突き当てが面と面の突き当てになり、設計が容易で、精度も高まる点である。
【００６６】
他方、光ファイバ１１の位置固定には不向きである。従って本実施の形態の光導波路装置は、他の光部品が、光ファイバ以外の発光素子や受光素子、又は平面光導波路である場合に適している。あるいは、光導波路は矩形の溝を有する支持体３０に実装し、光ファイバはＶ字形の溝２２を有する支持体２０に実装し、支持体３０と支持体２０とにそれぞれガイド孔を設け、このガイド孔にガイドピンをさし込むことで２つの支持体３０と２０とを連結して、支持体３０に実装された部分と支持体２０に実装された部分とを、着脱可能なコネクタの形態で光結合することもできる。
【００６７】
その他は実施の形態１と同じであるから、実施の形態１と同じ特徴を有するのは言うまでもない。即ち、図４（ｂ）に示すように、光導波路１０は、下部クラッド２の露出面６が支持体３０の上面３１に接し密着するように、支持体３０上に実装される。これによって、露出面６と支持体上面３１とが同一面上に置かれ、この面を支持体上面３１に垂直な高さ方向の基準面として用いることができる。この面は下部クラッド２とコア３との接合面７でもあるから、高さ方向におけるコア３の中心位置は、コア３の作製時の厚さの精度の誤差範囲内で確定する。また、支持体３０の上面（光導波路位置固定面）３１に垂直な方向以外の二次元方向についても、各一次元方向ごとに突き当てなどで順次位置合わせを行えば、合わせて三次元の位置合わせを行うことができる。また、本実施の形態の光導波路装置を用いれば、突き当てによる位置合わせを繰り返すだけで、高効率な光結合を達成することができる光結合装置を容易に構成することができる。
【００６８】
実施の形態３
図５は、実施の形態３に基づく光結合装置の断面図であり、実施の形態１の図２（ｃ）に相当するものである。実施の形態３に基づく光結合装置は、実施の形態１に基づく光結合装置と同様に、断面がＶ字形の溝６２を有する支持体６０に光導波路５０と光ファイバ１１とが実装されている。
【００６９】
支持体６０の上面６１は精度よく平坦な表面が形成され、この支持体上面６１に断面がＶ字形の溝６２が高精度に形成されている。支持体上面６１は、前記光導波路位置固定面として用いられる。
【００７０】
実施の形態１と同様に、光導波路５０と光ファイバ１１とは、それぞれ、支持体６０の両端側から挿入され、互いに付き当たるところまで近づけて光結合される。
【００７１】
図５に示す光導波路５０では、例えばシリコンからなる基板５４の上に、前記第２クラッド部である下部クラッド５３と前記導光路であるコア５２が固定され、その下部クラッド５３とコア５２に連接して前記第１クラッド部である上部クラッド５１が形成されている。そして上部クラッド５３は、一部でコア５２との接合面５６を形成する。一方、接合面５６と同一平面上の他の部分で、下部クラッド５３は上部クラッド５１に被覆されていない露出面５５を形成している。この構造によれば、コア５２はクラッド５１と５３によって完全に被覆されているため、光導波路の厚さ（高さ）方向におけるコア５２の位置を光導波路の側面から直接観察することはできないものの、接合面５６と露出面５５とは同一平面上にあるから、厚さ（高さ）方向におけるコア５２の位置は、露出面５５を通じて間接的に検出することができ、露出面５５を基準面としてコア５２と他の光素子との位置合わせを行うことができる。
【００７２】
図５の断面図に示すように、光導波路５０は、下部クラッド５３の露出面５５が支持体６０の上面６１に接し密着するように、支持体６０上に実装される。これによって、露出面５５と支持体上面６１とが同一面上に置かれ、この面を支持体上面６１に垂直な高さ方向の基準面として用いることができる。この面は下部クラッド５３とコア５２との接合面５６でもあるから、高さ方向におけるコア５２の中心位置は、コア５２の作製時の厚さの精度の誤差範囲内で確定する。
【００７３】
Ｖ字形の溝６２には、光導波路５０の露出面５５から突出した突出部分５７、つまり上部クラッド５１がＶ字形の溝６２の中に収容されている。この突出部分５７がＶ字形の溝６２と凹凸嵌合するように作製されている点が実施の形態１と最も大きく異なっている点である。従って、溝６２の幅方向におけるコア５２の位置決めは、この凹凸嵌合によって行われる。
【００７４】
実施の形態１と同様に、光ファイバ１１はＶ字形の溝６２の中に落とし込まれ、光ファイバ１１の周壁が溝６２の傾斜面６３に接触することによって、コア１２の位置が調芯される。これにより、光ファイバ１１のコア１２の中心の幅方向における位置は、Ｖ字形の溝６２の幅方向中心線に一致する。また、光ファイバ１１のコア１２の中心の高さ方向における位置は、光ファイバ１１の外径が大きく、Ｖ字形の溝２２の幅が小さいほど高くなる。従って、光ファイバ１１の外径及び／又はＶ字形の溝２２の幅を調節することにより、光ファイバ１１のコア１２の中心の高さを規定して実装することが可能であり、光導波路のコア３の中心の高さに一致させることができる。
【００７５】
図６は、実施の形態３に基づく光導波路の作製工程を示す断面図である。
【００７６】
これらの工程では、初めに、転写用のシリコン基板に凹部を形成し、次に、この凹部を有する転写用基板面に光導波路材料を被着させて光導波路層を形成し、この光導波路層を転写用基板から剥離して光導波路を得る。
【００７７】
まず、図６（ａ）に示すように、基板として結晶方位（１００）の単結晶シリコンウエハ４１を用意し、表面に熱酸化膜４２を形成する。
【００７８】
次に、図６（ｂ）に示すように、支持体６０のＶ字形の溝に対応する凹部４４を形成する箇所以外の部分をマスクするようにフォトレジスト層４３をパターニングして形成した後、フッ素系ガスを用いたＲＩＥにより、開口部分の熱酸化膜４２を除去する。終了後、マスクとして用いたフォトレジスト層４３は、酸素プラズマによるアッシングにより除去する。
【００７９】
次に、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板４１を、温度７０℃、濃度２０質量％の水酸化カリウム水溶液、またはＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）水溶液に浸し、シリコン酸化膜をマスクとするシリコンの異方性エッチングにより、凹部４４を形成し、転写用基板４５を得る。基板材料として結晶方位（１００）の単結晶シリコンウエハ４１を用いると、エッチング条件などによらず、異方性エッチングによって形成される凹部の傾斜面の傾斜角度が５４．７度となる。
【００８０】
凹部４４の大きさは、剥離の際に生じる光導波路層の伸縮を考慮して決定する。光導波路層の材質によって伸縮の大きさは一定に定まるので、凹部４４の転写によって形成される上部クラッド５１の剥離後の大きさがＶ字形の溝６２と嵌合するように、光導波路層の材質に応じて予め凹部４４の大きさを決めておく。一般に、熱硬化性樹脂は変形が大きく、紫外線硬化樹脂は変形が小さい傾向がある。
【００８１】
次に、図６（ｄ）に示すように、転写用基板４５の凹部４４に高分子有機材料を塗布し、紫外線照射や加熱により硬化させ、上部クラッド層５１を形成する。
【００８２】
次に、図６（ｅ）に示ように、上部クラッド５１よりも屈折率の高い高分子有機材料を上部クラッド５１の上に塗布し、紫外線照射や加熱により硬化させることによりコア５２を形成する。コア５２の形成の際には、紫外線照射領域をマスクによって制限したり、全面コア層を形成後にフォトレジストによってパターン形成を行い、ＲＩＥによって不要部分のコア層を取り除いたりして、所望の光回路パターンを有するコア５２を形成する。
【００８３】
次に、図６（ｆ）に示すように、上部クラッド５１およびコア５２の上に、上部クラッド５１と同じ屈折率を有するクラッド材料を用いて下部クラッド５３を形成する。
【００８４】
次に、図６（ｇ）に示すように、上記のようにして形成された光導波路を転写用基板４５から剥離させ、別の基板５４に貼り付ける。
【００８５】
支持体６０に断面がＶ字形の溝６２を形成する工程も、凹部４４を形成したのと同様に、シリコン基板の（１００）面の異方性エッチングによって形成すればよい。このようにすれば、光導波路の上部クラッドの傾斜角度と、Ｖ字形の溝６２の傾斜角度が一致し、良好な凹凸嵌合が期待できる。
【００８６】
実施の形態４
図７は、実施の形態４に基づく光結合装置の平面図（ａ）と、平面図（ａ）に示した７Ａ−７Ａ線および７Ｂ−７Ｂ線における断面図（ｂ）とである。この装置は、支持体２０の上面２１の一部に、幅方向の位置決めを突き当てによって行うための突き当て部２４を設けた点のみが実施の形態１と異なっている。
【００８７】
図７（ｂ）の断面図に示すように、この突き当て部２４に光導波路１０の側面を突き当てることによって、溝２２の幅方向における位置合わせが行われる。
【００８８】
その他の点は実施の形態１と同じであるので、同様の特徴を有することは言うまでもない。
【００８９】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００９０】
例えば、ディスプレイ用光源などの用途では、光導波路内又は外へ光を反射させるための傾斜端面が光導波路の端部に形成されているのがよい。このようにすると、光素子として面発光素子または面受光素子を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の光導波路装置及び光路切り替え装置、並びに光情報処理装置は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能な光配線において好適に用いられ、光伝送・通信システムの構築に寄与することができる。これ以外にも、光源等の選択によりディスプレイ用などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態１に基づく光導波路の断面図である。
【図２】同、Ｖ溝基板（ａ）と光結合装置の平面図（ｂ）と断面図（ｃ）とである。
【図３】同、光導波路の作製工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に基づく光導波路装置の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に基づく光結合装置の断面図である。
【図６】同、光導波路の作製工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に基づく光結合装置の断面図である。
【図８】特許文献１に開示されている、光導波路デバイスを光ファイバに着脱自在に接続する接続構造の構成を示す、接続前の断面図（ａ）と平面図（ｂ）、および接続時の断面図（ｃ）である。
【図９】特許文献２に開示されている、光モジュールを光ファイバに接続する接続構造を示す正面図と断面図とである。
【図１０】特許文献２に開示されている、光モジュールを光ファイバに接続する接続構造を示す正面図と断面図とである。
【図１１】従来の光導波路の一例を示す断面図である。
【図１２】特許文献３に開示されている、光導波路付基板を用いる光モジュール装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…シリコンなどからなる基板、２…下部クラッド、３…コア、
４…上部クラッド材の層、５…上部クラッド、６…下部クラッドの露出面、
７…下部クラッドとコアとの接合面、８…突出部分、１０、１０ｂ…光導波路、
１１…光ファイバ、１２…光ファイバのコア、２０…支持体、２１…支持体上面、
２２…断面がＶ字形の溝、２３…傾斜面、３０…支持体、３１…支持体上面、
３２…断面が矩形の溝、３３…側壁面、４１…シリコン基板、４２…熱酸化膜、
４３…フォトレジスト層、４４…凹部、４５…転写用基板、５０…光導波路、
５２…コア、５３…下部クラッド、５４…シリコンからなる基板、５５…露出面、
５６…接合面、６０…支持体、６１…支持体上面、６２…断面がＶ字形の溝、
６３…傾斜面、１０１…基板、１０２…下部クラッド、１０３…コア、
１０４…上部クラッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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